DE102018130964A1

DE102018130964A1 - Method for connecting two sheet metal components for producing an outer skin component for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102018130964A1
Application number: DE102018130964.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Knott; Markus Lachenmaier; Gregor Milan
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2020-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei Blechbauteilen zur Herstellung eines Außenhautbauteils für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten:Bereitstellen eines Außenblechbauteils (10) mit einer sichtbaren Außenfläche (12) und einem gegenüber der Außenfläche abgewinkelten Flansch (14), Aufsetzen eines Innenblechbauteils (20) mit einem freien Ende (22) auf den abgewinkelten Flansch (14) undVerschweißen des Außenblechbauteils (10) und des Innenblechbauteils (20) mittels eines Laserstrahls (L),gekennzeichnet durch die weiteren Schritte, wonach:ein zu erwartendes Verformungsgebiet (V) in der Außenfläche (12) ermittelt wird undwährend des Schweißens ein Gegendruck oder ein Gegenzug in dem zu erwartenden Verformungsgebiet (V) erzeugt wird.The invention relates to a method for connecting two sheet metal components for producing an outer skin component for a motor vehicle, comprising the steps of: providing an outer sheet metal component (10) with a visible outer surface (12) and a flange (14) angled relative to the outer surface, placing an inner sheet metal component ( 20) with a free end (22) on the angled flange (14) and welding the outer sheet metal component (10) and the inner sheet metal component (20) by means of a laser beam (L), characterized by the further steps, after which: an expected deformation area (V) is determined in the outer surface (12) and during the welding a counter pressure or a counter pull is generated in the deformation area (V) to be expected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei Blechbauteilen zur Herstellung eines Außenhautbauteils für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for connecting two sheet metal components for producing an outer skin component for a motor vehicle.

Das Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ist bekannt. So zeigt beispielsweise die DE 10 2007 005 441 A1 ein Fahrzeugtüre, deren Außen- und Innenblech mittels Laserstrahlschweißen verbunden sind. Das Außenblech weist einen zurückgebogenen Bördelflansch auf, an dem das Innenblech umlaufend mittels Lasernaht verschweißt wird.Laser beam welding in body construction is well known. For example, the DE 10 2007 005 441 A1 a vehicle door, the outer and inner panels are connected by laser beam welding. The outer plate has a flanged flange that is bent back and on which the inner plate is welded all round using a laser seam.

Mittels Lasernähten lassen sich hochfeste Bauteilverbindungen realisieren. Entsprechend geschweißte Türen sind z.B. steifer als baugleiche nur punktverschweißte Fahrzeugtüren. Auch ist das Laserstrahlschweißen ein Schweißverfahren mit geringem Wärmeeintrag. Dennoch kann es durch Schrumpfung der Naht zu unerwünschtem Schweißverzug kommen. Bei Fahrzeugtüren und -klappen kann dieser Schweißverzug bei optischer Betrachtung zu Aus- oder Einbuchtungen der Fahrzeugaußenhaut führen, da das Türaußenblech üblicherweise sehr viel flexibler gestaltet ist als das Türinnenblech oder eine Türversteifung. Der exakte Ort, an dem die Aus- bzw. Einbuchtungen auftreten, ist durch eine Vielzahl von Faktoren bedingt, wie z.B. den Fugenverlauf, den Verlauf von Charakterlinien, die Lage von Anbindungspunkten an die Fahrzeugkarosserie etc.High-strength component connections can be realized using laser seams. Correspondingly welded doors are e.g. stiffer than identical spot welded vehicle doors. Laser beam welding is also a welding process with low heat input. However, unwanted welding distortion can occur due to shrinkage of the seam. In vehicle doors and flaps, this welding distortion can lead to bulging or indenting of the outer skin of the vehicle, since the outer door panel is usually designed to be much more flexible than the inner door panel or a door stiffener. The exact location where the indentations or indentations occur depends on a number of factors, such as the course of the joints, the course of character lines, the location of connection points to the vehicle body, etc.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit anzugeben, wie Außenhautbauteile lasergeschweißt werden können, wobei optisch nachteilige Verformungen des Bauteils durch Schweißverzug minimiert werden sollen.Against this background, it is the object of the present invention to provide a possibility of how outer skin components can be laser welded, with optically disadvantageous deformations of the component due to welding distortion being minimized.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.The object is achieved by a method according to claim 1. Further advantageous refinements result from the subclaims and the following description.

Es wird ein Verfahren angegeben zum Verbinden von zwei Blechbauteilen zur Herstellung eines Außenhautbauteils für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Fahrzeugtüre oder eine Fahrzeugklappe. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Bereitstellen eines Außenblechbauteils mit einer sichtbaren Außenfläche und einem gegenüber der Außenfläche abgewinkelten Flansch,
- Aufsetzen eines Innenblechbauteils mit einem freien Ende auf den abgewinkelten Flansch und
- Verschweißen des Außenblechbauteils (10) und des Innenblechbauteils (20) mittels eines Laserstrahls (L).

A method is specified for connecting two sheet metal components for producing an outer skin component for a motor vehicle, in particular for a vehicle door or a vehicle flap. The process includes the steps:

Provision of an outer sheet metal component with a visible outer surface and a flange angled relative to the outer surface,
- Placing an inner sheet metal component with a free end on the angled flange and
- welding the outer sheet metal component ( 10th ) and the inner sheet metal component ( 20th ) using a laser beam ( L ).

Um Schweißverzug an dem Außenhautbauteil zu reduzieren, wird erfindungsgemäß ein zu erwartendes Verformungsgebiet in der Außenfläche ermittelt und während des Schweißens in dem zu erwartenden Verformungsgebiet ein Gegendruck oder Gegenzug auf das Außenhautbauteil erzeugt.In order to reduce welding distortion on the outer skin component, a deformation area to be expected in the outer surface is determined according to the invention, and a counterpressure or back pressure is generated on the outer skin component during welding in the deformation area to be expected.

Als Außenfläche wird hierbei ein Bereich des Außenhautbauteils bezeichnet, der im montierten Zustand eine Außenfläche des Fahrzeugs bildet und im Sichtbereich des Kunden bzw. Fahrzeugnutzers liegt. Der Bereich der Außenfläche, in dem nach dem Schweißen mit einem Verzug zu rechnen ist, wird als zu erwartendes Verformungsgebiet bezeichnet. Beispielsweise kann dieser Bereich durch Vorversuche ermittelt werden, wozu z.B. die Bauteile miteinander verschweißt und z.B. nachträglich vermessen werden. Der Bereich kann ebenso z.B. durch Simulation ermittelt werden. Es wird vorzugsweise die genaue Lage und Form des Verformungsgebiets auf der Außenfläche bestimmt.An outer surface is a region of the outer skin component that forms an outer surface of the vehicle in the assembled state and is in the field of vision of the customer or vehicle user. The area of the outer surface in which warping is to be expected after welding is referred to as the expected deformation area. For example, this area can be determined by preliminary tests, for which purpose e.g. the components are welded together and e.g. be measured subsequently. The area can also e.g. can be determined by simulation. The exact location and shape of the deformation area on the outer surface is preferably determined.

In dem zu erwartenden Verformungsgebiet wird nun ein definierter Gegendruck erzeugt. Dies kann z.B. bewerkstelligt werden, indem ein Stempel gegen die Außenhaut des Außenhautbauteils gefahren wird. Das Außenblechbauteil wird beispielsweise mit seiner Außenfläche auf eine Auflage aufgelegt und fixiert. Die Auflage bildet dabei eine Bezugsfläche für die Außenfläche und weist z.B. eine der Außenfläche angepasste Kontur auf, so dass diese flächig unterstützt wird. Die Auflage kann mit mindestens einem verfahrbaren Stempel versehen sein, der im Bereich des zu erwartenden Verformungsgebietes angeordnet ist. Während der Schweißung wird der Stempel in Richtung auf das Bauteil verfahren. Der Gegendruck kann auch durch Beilegen erzeugt werden, wozu das Bauteil in dem Verformungsgebiet zusätzlich unterfüttert wird. Soll ein Gegenzug aufgebracht werden, so kann dies z.B. durch Vakuumsauger erfolgen, die im Verformungsgebiet auf die Außenfläche aufgesetzt werden.A defined back pressure is now generated in the expected deformation area. This can e.g. be accomplished by running a stamp against the outer skin of the outer skin component. The outer sheet metal component is placed, for example, with its outer surface on a support and fixed. The support forms a reference surface for the outer surface and has e.g. a contour adapted to the outer surface, so that it is supported over a large area. The support can be provided with at least one movable stamp, which is arranged in the region of the deformation region to be expected. During the welding process, the stamp is moved towards the component. The back pressure can also be generated by adding, for which purpose the component is additionally relined in the deformation area. If a counter-pull is to be applied, this can e.g. by suction cups that are placed on the outer surface in the deformation area.

Hierbei bewirkt der Gegendruck oder Gegenzug eine elastische Verformung des Bauteils und erzeugt eine Spannung im Bauteilmaterial, welche den Schweißspannungen entgegenwirkt. Anders als beim bekannten lokalen Strecken, welches unmittelbar im Bereich der Naht stattfindet, wird erfindungsgemäß eine definierte Spannung im Bereich der Außenfläche des Bauteils eingebracht und somit weit entfernt von der Lasernaht, welche auf dem Flanschabschnitt ausgebildet wird. Diesem Ansatz liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Schweißprozess am Flansch nicht zu einem Kanteneinzug im Flanschbereich führt, sondern dass vielmehr die Schweißspannungen vom Flansch auf die Außenfläche des Bauteils übertragen werden und dort durch Gegendruck oder Gegenzug kompensiert werden können.In this case, the counter pressure or counter pull causes an elastic deformation of the component and creates a tension in the component material, which counteracts the welding stress. In contrast to the known local stretching, which takes place directly in the area of the seam, according to the invention a defined tension is introduced in the area of the outer surface of the component and thus far away from the laser seam which is formed on the flange section. This approach is based on the knowledge that the welding process on the flange does not lead to an edge indentation in the flange area, but rather that the welding stresses are transferred from the flange to the outer surface of the component and can be compensated for there by back pressure or counter-pull.

In einer Ausgestaltung wird der Gegendruck oder Gegenzug an einer Stelle aufgebracht, an der die zu erwartende Verformung maximal ist. Es hat sich als zielführend herausgestellt, wenn der Gegendruck oder Gegenzug dort aufgebracht wird, wo die zu erwartende Ausbuchtung des Blechmaterials maximal ist. An dieser Stelle kann z.B. der Stempel als ein flächiges Auflageelement ausgebildet sein, das gegen das Bauteil drückt oder an diesem zieht. In one embodiment, the counter pressure or counter pull is applied at a point where the expected deformation is at a maximum. It has proven to be expedient if the counter-pressure or counter-pull is applied where the expected bulge of the sheet material is maximum. At this point, for example, the stamp can be designed as a flat support element that presses against or pulls on the component.

Alternativ oder ergänzend kann in einer Ausgestaltung der Gegendruck oder Gegenzug auch in einem Randbereich, z.B. in den äußeren 20 Prozent des zu erwartenden Verformungsgebietes aufgebracht werden. Im Randbereich des Verformungsgebietes liegt im Regelfall die größte Änderung in der Oberflächenkontur vor. Ein Gegendruck oder Gegenzug in diesem Gebiet bewirkt eine geringere Steigung im Konturenverlauf, wodurch der Schweißverzug, auch wenn er nicht vollständig vermieden werden kann, dennoch optisch schlechter wahrnehmbar und damit weniger auffällig ist.As an alternative or in addition, in one configuration the counterpressure or counter-pull can also be in an edge area, e.g. be applied in the outer 20 percent of the expected deformation area. As a rule, the greatest change in the surface contour occurs in the edge region of the deformation area. A counter-pressure or counter-pull in this area causes a smaller slope in the contour, which means that the welding delay, even if it cannot be completely avoided, is still less visually perceptible and therefore less noticeable.

Je nach Geometrie des Außenblechbauteils muss mit erheblichen Verformungen aufgrund der Schweißspannungen gerechnet werden, die sich ggf. nicht allein durch einen von außen aufgebrachten Gegendruck oder Gegenzug kompensieren lassen. Hierbei spielt eine Rolle, dass die Strecke, um die das Bauteil durch Gegendruck oder Gegenzug verformbar ist, durch die elastische Verformbarkeit des Bauteilmaterials begrenzt ist. In weiteren Ausgestaltung der Erfindung können daher ergänzend zu der beschriebenen ersten Maßnahme noch weitere Maßnahmen vorgesehen werden.Depending on the geometry of the outer sheet metal component, considerable deformations due to the welding stresses must be expected, which may not be compensated for by a back pressure or counter-pressure applied from the outside. It plays a role here that the distance by which the component can be deformed by counter-pressure or counter-pull is limited by the elastic deformability of the component material. In a further embodiment of the invention, additional measures can therefore be provided in addition to the first measure described.

So kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der Schritt des Bereitstellens des Außenblechbauteils die Schritte umfassen:

Bestimmen einer geometrischen Sollform des Außenblechbauteils,
Bestimmen der Form des Verformungsgebietes und invertieren der Form zu einer invertierten Form,
Verändern der geometrischen Sollform des Außenblechbauteils durch ein Verschieben der Oberfläche des Außenblechbauteils im Bereich des Verformungsgebietes um die invertierte Form und
Fertigen des Außenhautbauteils mit der veränderten Sollform.

In a preferred embodiment, the step of providing the outer sheet metal component can include the steps:

Determining a geometrical target shape of the outer sheet metal component,
Determining the shape of the deformation area and inverting the shape to an inverted shape,
Changing the desired geometric shape of the outer sheet metal component by shifting the surface of the outer sheet metal component in the region of the deformation area by the inverted shape and
Manufacture of the outer skin component with the changed target shape.

Mit anderen Worten gesagt wird das Außenblechbauteil nicht mit der Sollform gefertigt, welche das fertige Bauteil aufweisen soll. Vielmehr wird die Verformung, welche durch die Schweißung zu erwarten ist, bei der Herstellung des Außenblechbauteils berücksichtigt und die Kontur des Außenblechbauteils so verändert, dass erst durch die Verformung die eigentliche Sollform des Außenblechbauteils erreicht wird. Ist z.B. eine Beule als Verformung zu erwarten, so wird am Ort der zu erwartenden Verformung eine invertierte Form der Beule, also eine entsprechend geformte Delle, vorgesehen und umgekehrt. Die Kontur der Außenfläche wird um die invertierte Verformung verschoben und das Bauteil entsprechend dieser angepassten Sollform gefertigt. Während der Schweißung tritt dann der Schweißverzug am Bauteil auf, wodurch das Bauteil jedoch in Richtung der gewünschten Außenkontur verformt wird. Durch diese Maßnahme wird der Schweißverzug zwar nicht reduziert, jedoch wird erreicht, dass die Verformung durch Schweißverzug im fertigen Bauteil nicht oder kaum auffällt.In other words, the outer sheet metal component is not manufactured with the desired shape that the finished component is to have. Rather, the deformation that is to be expected from the welding is taken into account in the manufacture of the outer sheet metal component and the contour of the outer sheet metal component is changed such that the actual desired shape of the outer sheet metal component is only achieved by the deformation. Is e.g. If a bulge is to be expected as a deformation, an inverted shape of the bulge, that is to say a correspondingly shaped dent, is provided at the location of the expected deformation and vice versa. The contour of the outer surface is shifted by the inverted deformation and the component is manufactured according to this adjusted target shape. The welding distortion then occurs on the component during the welding, but as a result the component is deformed in the direction of the desired outer contour. This measure does not reduce the welding distortion, but it is achieved that the deformation due to welding distortion in the finished component is hardly noticeable.

Es hat sich gezeigt, dass diese beiden Maßnahmen in Kombination miteinander auch bei komplexen Türgeometrien zu einer vollständigen Vermeidung des Schweißverzugs führen können. Nur durch das Gegenhalten alleine lassen sich nicht alle Türgeometrien verzugsfrei schweißen. Der erforderliche Gegendruck oder Gegenzug wird bei bestimmten Designs so hoch, dass er in der Serienproduktion nicht mehr realisierbar ist. In Kombination mit einer Anpassung der Sollform des Bauteils kann jedoch der erforderliche Gegendruck bzw. Gegenzug reduziert werden, so dass ein Maß erreicht wird, das prozesssicher darstellbar ist.It has been shown that these two measures in combination with one another can lead to a complete avoidance of welding distortion even with complex door geometries. It is only by holding back that not all door geometries can be welded without distortion. With certain designs, the required counter-pressure or counter-pull becomes so high that it can no longer be realized in series production. In combination with an adjustment of the desired shape of the component, however, the required counter pressure or counter-pull can be reduced, so that a dimension is achieved which can be reliably represented in the process.

Das Außenblechbauteil und das Innenblechbauteil werden zueinander wie beschrieben positioniert und dann mittels Laserstrahl miteinander verschweißt. Der Schweißlaserstrahl wird über die Bauteile bewegt, schmilzt Material auf, das nachfolgend zur Naht erstarrt. Vorzugsweise wird die Naht als Kehlnaht ausgebildet, wozu der Laserstrahl entlang des freien Endes des Innenblechbauteils geführt wird.The outer sheet metal component and the inner sheet metal component are positioned relative to one another as described and then welded to one another by means of a laser beam. The welding laser beam is moved over the components and melts material that subsequently solidifies to form a seam. The seam is preferably formed as a fillet seam, for which purpose the laser beam is guided along the free end of the inner sheet metal component.

In dem Verfahren kann ergänzend eine weitere Maßnahme zur Reduzierung des Schweißverzugs vorgesehen sein. So kann in einer Ausgestaltung das Verschweißen derart erfolgen, dass vorlaufend zum Schweißlaserstrahl und lateral versetzt zu diesem eine Vorwärmung des Blechmaterials erfolgt, während nachfolgend zum Laserstrahl eine Wärmesenke oder eine konstante Abklingung der Temperatur geführt wird.A further measure for reducing the welding distortion can additionally be provided in the method. In one embodiment, the welding can be carried out in such a way that the sheet metal material is preheated in front of and laterally offset from the welding laser beam, while a heat sink or a constant decrease in the temperature is subsequently conducted to the laser beam.

Es wird also eine zusätzliche Wärmequelle vor dem Schweißlaserstrahl auf die Bauteile gerichtet, welche dieselbe Orientierung wie das Fügeequipment besitzt. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen Wärmequelle und Schweißlaserstrahl konstant gehalten. Durch die zusätzliche Wärmequelle werden im Bauteil Zugspannungen induziert, wo schweißprozessbedingt sonst Druckspannungen vorherrschen würden. Derart kann der Beulverzug weiter reduziert werden. Der Effekt wird durch die zusätzliche Wärmesenke, welche nachlaufend zum Schweißlaserstrahl angeordnet ist, noch verstärkt. Es kommt zu einer beschleunigten Abkühlung, welche ebenfalls eine Materialstreckung und dadurch eine Reduzierung des Beulverzugs bewirkt. An additional heat source is therefore directed at the components in front of the welding laser beam, which has the same orientation as the joining equipment. The distance between the heat source and the welding laser beam is preferably kept constant. The additional heat source induces tensile stresses in the component where, due to the welding process, compressive stresses would otherwise prevail. In this way the buckling delay can be further reduced will. The effect is further enhanced by the additional heat sink, which is arranged downstream of the welding laser beam. There is an accelerated cooling, which also causes material stretching and thus a reduction in buckling distortion.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Vorwärmung des Blechmaterials durch einen vorlaufenden Laserstrahl realisiert wird. Dieser kann durch einen Strahlteiler aus der vorhandenen Laseroptik ausgekoppelt werden. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform der Laservorrichtung, wodurch der Einsatz an komplexen Nahtgeometrien, wie sie z.B. an Fahrzeugtüren gegeben sind, erst möglich wird.It is particularly preferred here if the sheet metal material is preheated by a leading laser beam. This can be coupled out of the existing laser optics using a beam splitter. This enables a particularly compact design of the laser device, which means that it can be used on complex seam geometries, e.g. on vehicle doors is only possible.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Wärmesenke durch eine auf die Bauteiloberfläche gerichtete lokale Kühlung realisiert.In one embodiment of the invention, the heat sink is implemented by local cooling directed at the component surface.

Bei dem Außenhautblechbauteil und Innenblechbauteil handelt es sich vorzugsweise um Blechbauteile aus Feinblech, wobei hierunter Bleche mit einer Dicke von weniger als 3 mm verstanden werden. Vorzugsweise handelt es sich um Dünnbleche mit einer Dicke von weniger als 2 mm. Das Verfahren wird vorzugsweise für Stahlblechbauteile oder Aluminiumbauteile verwendet, wobei hierunter auch Bauteile aus Aluminiumlegierungen zu verstehen sind. Grundsätzlich ist das Verfahren jedoch ebenso für andere Materialien und insbesondere Stahlbleche anwendbar.The outer skin sheet metal component and the inner sheet metal component are preferably sheet metal components made of thin sheet metal, this being understood to mean sheets with a thickness of less than 3 mm. It is preferably thin sheets with a thickness of less than 2 mm. The method is preferably used for sheet steel components or aluminum components, including components made of aluminum alloys. In principle, however, the method can also be used for other materials and in particular steel sheets.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination. If the term "can" is used in this application, it is both the technical possibility and the actual technical implementation.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

1 eine Schnittansicht eines Außenhautbauteils,
2 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung eines beispielhaften Verfahrens,
3 Schritte zur Bestimmung der geometrischen Form des Außenblechbauteils,
4 ein Außenblechbauteil mit geänderter Sollform,
5 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung von thermischen Maßnahmen beim Schweißverfahren.

Exemplary embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. In it show:

1 2 shows a sectional view of an outer skin component,
2nd a schematic diagram to illustrate an exemplary method,
3rd Steps for determining the geometric shape of the outer sheet metal component,
4th an outer sheet metal component with changed nominal shape,
5 a schematic diagram to illustrate thermal measures in the welding process.

1 zeigt ein Außenblechbauteil 10 und ein Innenblechbauteil 20 einer Fahrzeugtüre, welche mittels Laserstrahl L verschweißt werden. Das Außenblechbauteil 10, welches z.B. ein Aluminiumblechbauteil ist, weist eine sichtbare Außenfläche 12 und einen gegenüber der Außenfläche 12 abgewinkelten Flansch 14 auf. Der Flansch ist mit einem Radius derart abgewinkelt, dass der Abstand zwischen Schenkel des Flansches 14 und dem restlichen Bauteil 10 einen Kapillarabstand überschreitet. Derart kann eine Korrosion sicher vermieden werden. 1 shows an outer sheet metal component 10th and an inner panel member 20th a vehicle door using a laser beam L be welded. The outer sheet metal component 10th For example, which is an aluminum sheet component, has a visible outer surface 12 and one opposite the outside surface 12 angled flange 14 on. The flange is angled with a radius such that the distance between the legs of the flange 14 and the rest of the component 10th exceeds a capillary distance. In this way, corrosion can be reliably avoided.

Das Innenblechbauteil 20, welches vorzugsweise ebenfalls ein Aluminiumblechbauteil ist, wird mit einem freien Ende 22 auf den abgewinkelten Flansch 14 aufgesetzt und es wird eine Stirnkehlnaht 30 ausgebildet zwischen der Stirnseite des Innenblechbauteils 20 und dem abgewinkelten Flansch 14. Die Stirnkehlnaht 30 wird vorzugsweise als durchgehende Naht über die gesamte Bauteillänge ausgebildet.The inner sheet metal component 20th , which is preferably also an aluminum sheet component, with a free end 22 on the angled flange 14 put on and there is a fillet weld 30th formed between the end face of the inner sheet metal component 20th and the angled flange 14 . The fillet weld 30th is preferably formed as a continuous seam over the entire length of the component.

Wenn der Schweißprozess ohne weitere Maßnahmen durchgeführt wird, kommt es zu einem Schweißverzug im Bauteil, wodurch auf der Außenfläche 12 eine Beule 16 entsteht, in 1 strichliert dargestellt.If the welding process is carried out without further measures, there is a welding distortion in the component, which means that on the outer surface 12 a bump 16 arises in 1 shown in dashed lines.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun ein derartiger Schweißverzug reduziert bzw. vollständig vermieden.With the method according to the invention, such a welding distortion is now reduced or completely avoided.

Hierzu wird zunächst ein zu erwartende Verformungsgebiet V in der Außenfläche 12 ermittelt, wobei sowohl die Lage als auch die Form F (Größe und dreidimensionale Ausformung) des Verformungsgebietes V bestimmt wird. Dies kann beispielsweise durch Vermessung eines herkömmlich geschweißten Bauteils und Vergleich mit dem ursprünglichen Bauteil erfolgen oder durch Simulation.For this purpose, an expected deformation area is first V in the outer surface 12 determined, both the location and the shape F (Size and three-dimensional shape) of the deformation area V is determined. This can be done, for example, by measuring a conventionally welded component and comparing it with the original component, or by simulation.

Erfindungsgemäß wird während des Schweißens ein Gegendruck in dem zu erwartenden Verformungsgebiet V erzeugt. Beispielhaft ist dies in 2 gezeigt. Das Außenblechbauteil 10 wird hierzu zusammen mit dem Innenblechbauteil auf eine Auflage 40 aufgelegt und dort fixiert. Hierbei kommt die Außenfläche 12 des Außenhautbauteils 10 mit der Auflage 40 in Kontakt. Die Auflage 40 ist als Bezugsfläche ausgebildet, d.h. sie weist im Wesentlichen die Kontur der Außenfläche 12 auf. Im Bereich des ermittelten zu erwartenden Verformungsgebiets V sind zwei Stempel 42, 44 vorgesehen, die in Richtung auf das Außenblechbauteil verfahrbar sind. Ein Stempel 42 ist in dem Bereich angeordnet, in dem die größte Verformung erwartet wird. Der zweite Stempel 44 ist im Randbereich des Verformungsgebiets V angeordnet, wo die größte Steigung der Konturenänderung erwartet wird. Während des Schweißens werden nun die beiden Stempel 42, 44 um einen vorgegebenen Wert, z.B. im Bereich von einem bis mehrere Millimeter, in Richtung auf das Außenblechbauteil 10 verfahren. Hierdurch wird das Außenblechbauteil 10 elastisch verformt. Die erzeugten vorübergehenden Zugspannungen im Bauteil wirken einem Beulverzug durch die Schweißung entgegen. According to the invention, there is a back pressure in the deformation area to be expected during welding V generated. This is exemplified in 2nd shown. The outer sheet metal component 10th for this purpose together with the inner sheet metal component on a support 40 hung up and fixed there. Here comes the outer surface 12 the outer skin component 10th with the edition 40 in contact. The edition 40 is designed as a reference surface, ie it essentially has the contour of the outer surface 12 on. In the area of the deformation area to be expected V are two stamps 42 , 44 provided, which are movable in the direction of the outer sheet metal component. A stamp 42 is located in the area where the greatest deformation is expected. The second stamp 44 is in the edge area of the deformation area V arranged where the greatest slope of the contour change is expected. During the welding process, the two stamps are now 42 , 44 by a predetermined value, for example in the range of one to several millimeters, in the direction of the outer sheet metal component 10th method. As a result, the outer sheet metal component 10th elastically deformed. The temporary tensile stresses generated in the component counteract buckling due to the weld.

Ergänzend kann eine zweite Maßnahme durchgeführt werden, wobei die Sollform des Außenhautbauteils entsprechend der Form F des zu erwartenden Verformungsgebiet V verändert wird. 4 zeigt beispielhaft das Au-ßenblechbauteil 10 in Form einer Türaußenhaut in einer Seitenansicht mit dem zu erwartenden Verformungsgebiet V. Das zu erwartende Verformungsgebiete V bildet eine in Richtung der Außenfläche vorstehende Beule. Um die Ausbildung dieser Beule zu verhindern, wird nun das Außenblechbauteil 10 mit einer angepassten Sollform hergestellt.In addition, a second measure can be carried out, the target shape of the outer skin component corresponding to the shape F of the expected deformation area V is changed. 4th shows an example of the outer sheet metal component 10th in the form of a door outer skin in a side view with the deformation area to be expected V . The expected deformation areas V forms a bulge protruding towards the outer surface. To prevent the formation of this bump, the outer sheet metal component is now 10th manufactured with an adjusted target shape.

3 zeigt schematisch die Verfahrensschritte dieser zweiten ergänzenden Maßnahme. 3rd shows schematically the process steps of this second additional measure.

Zunächst wird die Sollform S definiert, welche das Außenblechbauteil 10 aufweisen soll. Dann wird das zu erwartende Verformungsgebiet V und die Form F des Verformungsgebietes V ermittelt, z.B. durch Versuche oder Simulation. Anschließend wird diese Form F des Verformungsgebietes V invertiert, d.h. aus einer konkaven Ausbuchtungen wird eine entsprechende konvexe Einbuchtung und umgekehrt (invertierte Form Finv). Die Sollform S wird dann angepasst, indem die Oberfläche der Sollform um die invertierte Form Finv des Verformungsgebietes V verschoben wird, wodurch die angepasste Sollform S' entsteht. Das Außenblechbauteil 10 wird dann mit der angepassten Sollform S' gefertigt. Das beispielhaft gezeigte Außenblechbauteil 10 wird also zunächst mit einer Delle im Verformungsgebiet V gefertigt. Beim nachfolgenden Schweißprozess bildet sich ein Beulverzug aus, welcher die Delle weitgehend kompensiert, so dass nach der Schweißung ein Bauteil mit nahezu der ursprünglich gewünschten Sollform S vorliegt.First, the target shape S defines which is the outer sheet metal component 10th should have. Then the expected deformation area V and the shape F of the deformation area V determined, for example by tests or simulation. Then this form F of the deformation area V inverted, ie a concave bulge becomes a corresponding convex indentation and vice versa (inverted form Finv ). The target shape S is then adjusted by changing the surface of the target shape around the inverted shape Finv of the deformation area V is shifted, whereby the adjusted target shape S ' arises. The outer sheet metal component 10th is then with the adjusted target shape S ' manufactured. The outer sheet metal component shown as an example 10th is therefore initially with a dent in the deformation area V manufactured. In the subsequent welding process, buckling is formed, which largely compensates for the dent, so that after welding, a component with almost the desired shape originally desired S is present.

Als weitere ergänzende Maßnahme kann eine thermische Streckung im Schweißnahtbereich vorgesehen werden. Hierzu werden, wie in 5 gezeigt, zusätzlich zum Schweißlaserstrahl L eine oder zwei zusätzliche Wärmequellen (hier durch weitere Laserstrahlen L1 und L2 realisiert) vorlaufend und lateral versetzt mit dem Laserstrahl L in Schweißrichtung R mitbewegt. Gleichzeitig wird eine Wärmesenke W nachgeführt, die beispielsweise durch einen Druckluftstrahl realisiert sein kann. Die zusätzliche thermische Streckung verringert die Schrumpfung der Schweißnaht 30 und reduziert so ergänzend die auf die Außenfläche 12 wirkenden Schweißspannungen.As a further supplementary measure, thermal stretching can be provided in the weld area. For this purpose, as in 5 shown, in addition to the welding laser beam L one or two additional heat sources (here by additional laser beams L1 and L2 realized) leading and laterally offset with the laser beam L in the welding direction R moved along. At the same time it becomes a heat sink W tracked, which can be realized for example by a compressed air jet. The additional thermal stretching reduces the shrinkage of the weld seam 30th and thus additionally reduces the to the outer surface 12 acting welding voltages.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010th: AußenblechbauteilOuter sheet metal component
1212: sichtbare Außenflächevisible outer surface
1414: Flanschflange
1616: Beulebump
2020th: InnenblechbauteilInner sheet metal component
2222: freies Endefree end
3030th: SchweißnahtWeld
FF: Form des VerformungsgebietesShape of the deformation area
FinvFinv: invertierte Forminverted form
L, L1, L2L, L1, L2: Laserstrahllaser beam
SS: SollformTarget shape
S'S ': veränderte Sollformchanged target shape
RR: SchweißrichtungWelding direction
VV: VerformungsgebietDeformation area
WW: WärmesenkeHeat sink

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102007005441 A1 [0002]

Claims

Method for connecting two sheet metal components for producing an outer skin component for a motor vehicle, comprising the steps: providing an outer sheet metal component (10) with a visible outer surface (12) and a flange (14) angled relative to the outer surface, placing an inner sheet metal component (20) with a free end (22) on the angled flange (14) and welding the outer sheet metal component (10) and the inner sheet metal component (20) by means of a laser beam (L), characterized by the further steps, after which: an expected deformation area (V) in the outer surface (12) is determined and a back pressure or pull is generated during the welding in the expected deformation area (V).

Procedure according to Claim 1 , in which the counter pressure or the counter pull is applied at a point of maximum expected deformation of the outer sheet metal component (10).

Procedure according to Claim 1 or 2nd , in which the back pressure or the back pull is applied in an edge region of the deformation region (V) to be expected in the outer sheet metal component (10).

Method according to one of the preceding claims, wherein the provision of the outer sheet metal component (10) comprises the steps: Determining a desired geometric shape (S) of the outer sheet metal component (10), Determining the shape (F) of the deformation area (V) and inverting the shape to an inverted shape (Finv), Changing the desired geometric shape (S) of the outer sheet metal component (10) by shifting the surface of the outer sheet metal component in the region of the deformation area (V) by the inverted shape (Finv) and Manufacture of the outer skin component with the changed target shape (S ').

Method according to one of the preceding claims, in which the welding is carried out by means of a laser beam (L) in such a way that a welding laser beam (L) is directed onto and guided over the components, which causes the materials to melt and leads to the welding laser beam and laterally offset from it the sheet material is preheated, while a heat sink (W) is subsequently guided to the laser beam.

Procedure according to Claim 5 , in which the preheating of the sheet material is realized by a leading laser beam (L1, L2).

Procedure according to Claim 6 , in which the leading laser beam (L1, L2) is guided at a constant distance from the welding laser beam (L).

Procedure according to one of the Claims 5 to 7 , in which the heat sink (W) is realized by local cooling directed at the component surface.

Method according to one of the preceding claims, in which the outer sheet metal component (10) and the inner sheet metal component (20) are formed from thin sheet metal.

Method according to one of the preceding claims, in which the outer sheet metal component (10) and the inner sheet metal component (20) are each an aluminum sheet component or a steel sheet component.